鸡蛋保护装置研究

摘要：鸡蛋保护装置是为了保护那些易碎品而设计的，利用橡胶材料的缓冲和减震功能，做成的外壳保护装置。对鸡蛋与地面的撞击进行理论分析，对比各种材料的性能，选取适当的材料运用合理的方法包装鸡蛋，使鸡蛋在1.5m处下落不被摔坏。由于题目要求鸡蛋尽可能裸露，所以我选用了多面体型设计装置，将鸡蛋固定在多面体的中央，使整个鸡蛋悬空避免直接接触地面。

关键词：鸡蛋、易碎品、保护装置

前 言

古代人常用“鸡蛋碰石头”来比喻不自量力。可见，鸡蛋是极易碎的，轻轻一磕就会碎了。如果说鸡蛋能从几米高的地方落下而安然无恙，那简直就是天方夜谭。但科学有时候能将不可思议的事情变成现实。同样，对于现在易碎的陶瓷在生活中的地位也日显重要，因此其保护装置也可以应用到生活中去，其作用也是相当重要的！

一、 理论依据：

1、动量定理表达式：Ft =△p 其中△p指的是动量的变化，F指的是冲力的大小，t指的是力的作用时间。 由于鸡蛋在下落的过程中，动量的变化△p一定，鸡蛋所受的力F与力的作用时间t成反比，即t越大，F就越小，作用在鸡蛋上的力就越小。这样，鸡蛋就不容易碎了。

2、由空中垂直下落的物体所受空气阻力f与空气的密度ρ、物体的有效横截面积S、下落的速率v的平方成正比，阻力的大小可表示为f=CρSv2，其中C为阻力系数，一般在0.2～0.5之间，ρ=1.2kg/m3，物体下落经过一段时间将达匀速，这称为终极速率。我们可以发现如下的一些日常现象：雨滴在空气中下落，速度越来越快，所受空气阻力也越来越大。 当阻力增加到与雨滴所受重力相等时，二力平衡，雨滴开始匀速下落。跳伞运动员在空中张开降落伞，凭借着降落伞较大的横截面积取得较大的空气阻力，得以比较缓慢地降落。这些都是这个公式在生活中的应用。明白了这以后，就不会认为装置的加速度是9.8m/s2了。

3、一切物体都具有惯性。在“高空坠蛋”整个装置落地的一瞬间，装置静止，然而鸡蛋由于惯性，还会继续运动，造成与装置挤压、碰撞，容易损坏。如何将鸡蛋由于具有惯性而造成的影响降到最低，还需要我们进一步分析解决。

二、 方案设计：

结合理论分析和从各种途径搜集到的类似比赛的方案，比较常见且有一定可行性的方案有以下几种：

1.降落伞型：利用降落伞增大空气阻力，以使鸡蛋连同整个装置平稳落地。这种方案较为简单，但因为我们这次是从1.5m处开始下落，整个装置未能达到较小的速度就有可能接触地面，这样有可能会导致鸡蛋破碎。

2.外包装型：用较多的减震材料如泡沫、棉花等，将鸡蛋严严实实地包装起来，通过这些减震材料的缓冲作用以达到保护鸡蛋的目的。这种方案有一定的可行性，但规则要求尽可能裸露，而且对材料的性能要求较高，所以这个方案不太合理。

3.不倒翁型：把重心尽可能降低，使得装置下落时能保持稳定状态，确保始终让一个面着地。这样就只需要保护好一个面就行了，从而节省材料。不过，为了确保装置的重心降低，势必要在装置底部放上一个质量较大的物体，这就加重了整个装置，导致落地瞬间整个装置所受到的力变大，容易击碎鸡蛋。

4.立方箱体型：把装置制作成一个立方箱体，将鸡蛋固定在多面体得中央，使整个鸡蛋悬空。这种方案不论装置那个面着地，鸡蛋都不会着地，而且制作多面体只需要简单的骨架，因而重量会大大降低，所受空气阻力较小，稳定性强。当然也要注意其结构的连接与材料以及重心的采用。

三、 结构设计：

综上考虑，还是选取第四种方案，做出一个长方体箱体，然后将鸡蛋用绳子固定在中间，使鸡蛋在掉下的时候由于箱体和绳子的缓冲使得鸡蛋不会碎。鸡蛋的固定可以利用两个小的皮碗，用皮碗将两头罩住，皮碗外缘用绳子将其连接起来，最后再将皮碗的两端再分别用45.52mm的绳子固定在外壳上，箱体在着地的时候绳子和皮碗的缓冲能力，使得鸡蛋没有收到大的冲击，装配也如下图；还有就是为了让箱体下落是不会倒，因此将其重心放低，在下箱体加多一层加重缓冲垫其材料可以用橡胶板做成，这样既有缓冲的功能又可以使整体的重心下降。具体如下图：

四、 结论：

高空坠蛋，看似不可能的事情经过一番讨论分析也会变成现实。科学的魅力正在于此。它能用科学的手段解决这种类似问题。小小的高空坠蛋中竟有这么复杂的内容，竟蕴涵着这么多的科学道理，不禁想起毕达格拉斯的一句话：处处留心皆学问。留心身边的小事吧！其中会蕴涵着丰富的科学道理，只要我们去发现，去实践。科学真理的大门刚刚向我们敞开，里面充满了神秘与未知，等待我们去探索！

五、 参考文献：

[1]孙恒 陈作模 葛文杰. 机械原理(第七版)[M]. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.

[2]刘鸿文. 材料力学I(M). 高等教育出版社

鸡蛋保护装置